4.1.1. Sự hình thành đất
Các yếu tố hình thành đất
Ðất là vật thể tự nhiên được hình thành lâu đời từ khi có sự sống xuất hiện trên quả đất, là kết quả của một quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố gồm: mẫu thạch, sinh vật, khí hậu, địa hình và thời gian; đây là một định nghĩa đầu tiên và khá hoàn chỉnh về đất. Sau này nhiều nhà nghiên cứu cho rằng, cần bổ sung thêm vào một yếu tố khác nữa đó là con người; chính con người khi tác động vào đất làm thay đổi khá nhiều tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất tự nhiên và từ đó đã hình thành nên những loại đất mới không thể tìm thấy được trong tự nhiên.
Mẫu thạch: Ðây là yếu tố quyết định thành phần cấu tạo và tính chất của từng loại đất. Chẳng hạn như Sa thạch chứa nhiều silic thì tạo nên đất chứa nhiều cát; đá vôi khi
tạo thành đất thì đất chứa nhiều ion Ca++, đá chứa nhiều kali thì đất được tạo ra cũng
chứa nhiều ion K+....
Sinh vật: Ðây là yếu tố chủ đạo trong sự thành lập đất. Các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ biến chúng thành những chất khoáng dinh dưỡng cho rể cây hấp thụ. Trong quá trình phân giải, vi sinh vật một mặt lấy thức ăn để tổng hợp nên chất hữu cơ cho cơ thể mình, mặt khác tổng hợp nên một loại chất hữu cơ đặc biệt trong đất được gọi là mùn, rồi mùn lại tiếp tục bị khoáng hóa tạo nên chất dinh dưỡng cho cây. Chất dinh dưỡng được thực vật hấp thu để sinh trưởng và phát triển. Trong quá trình sống, nhờ khả năng quang hợp mà thực vật xanh tạo ra một khối lượng lớn chất hữu cơ và khi thực vật chết đi thì chất hữu cơ được trả lại cho đất. Các vi sinh vật đất phân hủy các chất hữu cơ; các nguyên sinh động vật, côn trùng, giun đất... chúng ăn các chất hữu cơ và qua quá trình tiêu hóa, những chất hữu cơ không tiêu hóa được thải ra ngoài theo phân và rồi lại được các vi sinh vật tiếp tục phân giải và cuối cùng hình thành các hợp chất dinh dưỡng cung cấp lại cho thực vật.
Khí hậu: Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp đến đất thông qua chế độ nước và nhiệt độ của nó, ảnh hưởng gián tiếp đến đất thông qua các loài sinh vật sống trên đó. Sinh vật và khí hậu gắn với nhau một cách chặt chẻ đến mức người ta gọi chúng là điều kiện sinh khí hậu của đất. Nước và nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình phong hóa của mẫu thạch, đến sự hòa tan, rửa trôi, trầm tích, tổng hợp và phân giải các chất hữu cơ trong đất... Ở mỗi vùng có điều kiện khí hậu khác nhau và có lớp mẫu thạch khác nhau thì hình thành nên những loại đất khác nhau.
Ðịa hình: Ðịa hình có ảnh hưởng rất lớn đối với sự phân bố nguồn năng lượng mặt trời làm cho nhiệt độ và độ ẩm của khí hậu ở các vùng khác nhau và dẫn đến sự phân bố của các quần xã sinh vật khác nhau. Ðiạ hình ảnh hưởng đến tuổi tương đối của đất.
Yếu tố thời gian: Mẫu thạch muốn hình thành đất phải trãi qua một thời gian lâu dài, thời gian từ khi bắt đầu hình thành đất cho đến nay được gọi là tuổi tuyệt đối của
đất. Người ta dựa trên chu kỳ bán rã của Carbon phóng xạ (C14) để định tuổi của đất. Chu kỳ bán rã của C14 là 5.700 năm. Khi thực vật còn sống thì tỉ lệ C12 : C14 trong cơ thể không đổi, nhưng khi thực vật chết đi thì cơ thể ngưng hấp thụ C12, còn C14 thì lại bắt đầu phân rã. Phân tích tỉ lệ C12 : C14 trong đất và dựa trên chu kỳ bán rã của C14 để suy ra tuổi của đất. Năm 1958, Devries đã dùng phương pháp này và xác định tuổi của đất hoàng thổ ở Châu Úc có tuổi từ 32 - 42 ngàn năm.
Con người: Khi chưa nắm được các quy luật của tự nhiên, hoạt động sản xuất của con người hoàn toàn lệ thuộc vào tự nhiên; các hoạt động vô ý thức này nhiều khi đã đem lại những tai họa không nhỏ. Ngược lại, khi nắm được các quy luật của tự nhiên, con người đã chủ động trong việc sử dụng đất đai, khống chế được những mặt xấu, phát huy những mặt tốt, bắt thiên nhiên phải phục vụ cho những mục đích của mình. Thí dụ như con người đã biết làm ruộng bậc thang để chống xói mòn do nước, biết tưới nước cho đất khô, biết tháo nước khi đất úng, biết rửa mặn cho đất mặn và biết bón phân và bón vôi cho đất bạc màu... Con người đã làm cho đất thay đổi về thành phần và tính chất của đất, dần dần khác xa đất tự nhiên, hình thành nên những loại đất mới mà tự nhiên không có. Chẳng hạn như đất trồng lúa nước hiện nay có thành phần và tính chất khác hẳn với đất tự nhiên lúc ban đầu.
Sự phong hóa và quá trình hình thành đất a. Sự phong hóa
Dưới tác động của các nhân tố vật lý, hoá học và sinh học trong môi trường làm cho trạng thái vật lý và hóa học của đá và khoáng chất trên bề mặt của quả đất bị biến đổi dần và trở thành vụn nát. Quá trình biến đổi đó được gọi là quá trình phong hóa.
Phong hóa lý học: Tác dụng của phong hóa lý học diễn ra chủ yếu nhất là do sự thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ của môi trường tăng lên cao thì các khoáng trong đá bị đun nóng lên và trương nở ra. Ngược laị, khi nhiệt độ của môi trường hạ xuống thì các khoáng trong đá bị co rút lại. Thí dụ như ở Sa mạc ban ngày nhiệt độ có thể lên đến
50oC- 60oC còn ban đêm nhiệt độ có thể hạ đến dưới 0oC, chính sự thay đổi đột ngột
của nhiệt độ là nguyên nhân gây nên sự vở vụn mẫu thạch. Mặt khác, mỗi loại khoáng có hệ số co giản khác nhau (thạch anh: 0,00031; calcit: 0,0002 ; mica: 0,00035 ), sự co giản nội bộ của các khoáng bên trong mẫu thạch xảy ra không đều càng làm tăng thêm sự rạn nứt mẫu thạch. Ngoài ra, khi nước xâm nhập vào các khe nứt và len lỏi tới những khe nứt nhỏ sẽ sinh ra áp suất mao dẫn làm chỗ nứt càng rộng hơn hoặc khi nước trong các khe nứt bị đóng băng thì thể tích tăng lên, tác động lên thành của khe nứt làm khe nứt rộng ra và đá càng mau bị phá hủy hơn. Tốc độ phong hóa vật lý phụ thuộc vào tính chất của đá: đá có cấu tạo bởi nhiều loại khoáng bị phong hóa nhanh hơn đá có một loại khoáng; đá có ít lổ hổng bị phong hóa chậm hơn có nhiều lỗ hổng. Ngoài yếu tố nhiệt độ, sự phong hóa lý học còn được sinh ra bởi sự di chuyển của gió, nước, băng hà và các hoạt động của sinh vật kể cả con người.
Phong hóa hóa học: Tác dụng phong hóa hóa học thực hiện bởi nước, 02 và C02
được thể hiện dưới 4 dạng: oxid hóa, hydrat - hóa, hòa tan và hóa sét... làm thay đổi thành phần của các khoáng trong đá:
- Oxid hóa: Trong nhiều loại khoáng hình thành đá có nhiều loại ion hóa trị thấp như Fe và Mn, những ion này bị oxid hóa thành dạng hóa trị cao hơn làm khoáng ban đầu bị phá hủy và biến đổi. Thí dụ: khoáng pyrit (FeS2 )
2 Fe S2 + 7 O2 + 2 H2O ---> 2 Fe SO4 + 2 H2 SO4
12 Fe SO4 + 3 O2 + 6 H2O ---> 4 Fe2 (SO4) + 4 Fe (OH)3
2 Fe2 (SO3) + 9 H2O ---> 2 Fe2 O3. 3 H2O + 6 H2 SO4
- Hydrat hóa: Nước là một phân tử phân cực nên khi những khoáng có các cation hoặc ion còn có hóa trị tự do hay những cation liên kết trên bề mặt, chúng sẽ liên kết lại làm cho khoáng ngậm nước. Thí dụ: Hematit bị hydrat hóa thành limonit.
2 Fe2O3 + 3 H2O ---> 2Fe2O3. 3H2O
- Hòa tan: Nước là dung môi hòa tan hầu hết các khoáng. Tác dụng hòa tan tăng
khi trong nước chứa khí CO2. Thí dụ: Các Carbonat biến thành bicarbonat hòa tan
trong nước:
CaCO3 + CO2 + H2O ---> Ca (HCO3)2
- Hóa sét: Quá trình này hay xảy ra đối với các silicat và aluminosilicat trong đá
Magma. Dưới tác dụng của CO2 và H2O, các kim loại kiềm và kiềm thổ bị tách ra dưới (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dạng Carbonat còn lại là sét và các chất khác. Thí dụ:
K2OAl2O3.6 SiO2 + CO2 + nH2O ---> Al2O3.2SiO2.2H2O + K2O + 4 SiO2.nH2O Sét Kaolinit
Phong hóa sinh học: Quá trình phong hóa sinh học gắn liền với phong hóa lý học và phong hóa hóa học. Rễ cây khi chui vào các khe nứt của đá và càng ngày càng lớn lên làm cho các khe nứt càng rộng ra. Mặt khác, trong quá trình sống rể cây tiết ra acid carbonic và một số acid hữu cơ khác làm hòa tan được các khoáng trong đá. Sau khi chết, xác của chúng bị vi sinh vật phân hủy tạo nhiều acid mùn, loại acid hữu cơ nầy cũng có tác dụng hòa tan các khoáng trong đá làm tăng sự phân hủy đá. Rêu, địa y khi bám trên đá chúng hòa tan các khoáng để hấp thụ góp phần làm cho đá bị phân hủy nhanh hơn.
b. Quá trình hình thành đất
Những sản phẩm do sự phong hóa đá tạo ra chưa được gọi là đất vì chúng thiếu thành phần quan trọng là các hợp chất hữu cơ. Ngoài vai trò là nguồn thức ăn quan trọng cho thực vật, chất hữu cơ còn có tác dụng giữ các chất dinh dưỡng, tác động qua lại với các thành phần khoáng của đất, làm cho đất có một thuộc tính khác hẳn với đá đó là khả năng cung cấp chất dinh dưỡng để sản xuất ra sản phẩm của cây trồng.
Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất là do sinh vật mà chủ yếu là do thực vật tạo ra. Thực vật đã hấp thu chất dinh dưỡng trong đất để sinh trưởng và phát triển, khi chết xác của chúng làm giàu thêm chất hữu cơ cho đất, chất hữu cơ nầy được các vi sinh vật phân giải thành chất dinh dưỡng trả lại cho đất.
Như vậy, chất dinh dưỡng trong đất luôn luôn được luân chuyển trong một vòng tuần hoàn đất - cây - đất; đặc tính của vòng tuần hoàn này là không khép kín mà phát triển theo kiểu xoắn trôn ốc nghĩa là sau một chu kỳ cây sẽ trả lại cho đất một khối lượng chất dinh dưỡng nhiều hơn khối lượng mà cây đã hấp thu được trong quá trình
sống của nó. Như vậy tác dụng của sinh vật làm cho đất ngày càng dồi dào chất dinh dưỡng hơn.
Theo quan điểm lịch sử thì quá trình hình thành đất chỉ xuất hiện từ khi có sự sống trên trái đất và quá trình này đã tiến hóa từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp theo sự tiến hóa của sinh vật trên trái đất.
4.1.2. Trắc diện đất
Trắc diện đất là bề mặt lát cắt theo chiều thẳng đứng của đất, trong trắc diện đất thường có những tầng đất khác nhau về độ dày, màu sắc, thành phần cơ giới và cấu trúc là do các quá trình lý học, hóa học và sinh học diển ra khác nhau. Dưới ảnh hưởng của các yếu tố hình thành đất trong tự nhiên và hoạt động sản xuất của con người mỗi loại đất có một trắc diện nhất định.
Một trắc diện đất thường được chia ra các tầng chính sau:
- Tầng O: gọi là tầng thảm mục hay tầng rể cỏ. Tầng này gồm những xác cành, lá cây rơi rụng hàng năm phủ trên bề mặt đất, các xác bả này có thể bị phân hủy ít, nhiều.
- Tầng A: gọi là tầng mùn, ở đây chất hữu cơ bị phân hủy thành hợp chất mùn cùng với các khoáng dinh dưỡng kết hợp lại tạo nên. Tầng này có màu sẫm hơn các tầng khác. Ở những tầng đất có tầng mùn dày, người ta có thể chia thành nhiều tầng nhỏ hơn A1, A2, A3 phân biệt nhau về màu sắc, kết cấu, độ chặt ... Rễ của các thực vật phát triển nhiều trong hai lớp này. Ở hai lớp này, lượng chất hữu cơ chiếm tỉ lệ từ 1% đến 7% và có rất nhiều vi khuẩn, vi sinh vật, nấm, mốc, giun đất, các côn trùng nhỏ và một số loài động vật mượn chổ để sống như chuột chủi, chuột vàng ..., chúng có ảnh hưởng qua lại với nhau trong một lưới thức ăn phức tạp.
- Tầng E: Ðược gọi là tầng rửa trôi. Trong quá trình hình thành đất hàng loạt chất từ tầng này bị rửa trôi xuống các tầng dưới. Tầng này được đặc trưng nhất ở đất rừng tùng bách (spodosol).
- Tầng B: Ðược gọi là tầng tích tụ. Tầng này thường tích tụ các chất bị rửa trôi từ tầng trên xuống, những chất tích tụ ở tầng này là những chất hòa tan hoặc những phần tử cơ học nhỏ như đất sét. Tầng B cũng có thể chia thành nhiều tầng nhỏ hơn B1, B2, B3 tùy thuộc vào màu sắc, độ kết cấu và độ xốp.
- Tầng C: Ðược gọi là tầng mẫu thạch, đó là tầng đá chưa chịu ảnh hưởng mạnh của quá trình hình thành đất. Ðá ở đây tuy bị biến đổi ít nhiều song vẫn giữ được hình dạng và cấu tạo của chúng.
- Tầng R: Ðược gọi là tầng đá gốc. Tầng này trong thực tế ít khi được đề cập, người ta chỉ đề cập đến nó khi các tầng đất đuợc hình thành trên cùng một loại đá, dưới lớp đá này có đá mang những tính chất khác nhau.
4.1.3. Tài nguyên đất Việt Nam và thế giới Tài nguyên đất trên thế giới
Diện tích đất liền toàn cầu là 14.477 triệu ha, trong đó: 20% ở vùng quá lạnh, 20% ở vùng quá khô, 20% ở vùng quá dốc, 10% có tầng đất mỏng, 10% ở vùng trồng trọt được, 20% có thể làm đồng cỏ, đất trồng trọt chiếm tỉ lệ thấp, trong đó, đất có năng suất cao (14%), trung bình (28%) và thấp (58%) (nguồn FAO-UNESCO)
Thế giới có khoảng 3.200 triệu ha đất tiềm năng nông nghiệp và hiện đang canh tác trên khoảng gần 1/2, trong đó tỷ lệ đã sử dụng ở các khu vực là: Châu Á 92%, Mỹ LaTinh 15%, châu Phi 21%, các nước phát triển 70%, đang phát triển 36%. Đất tiềm năng nông nghiệp chưa được đưa vào sử dụng do có những yếu tố hạn chế, như khí hậu khắc nghiệt, thiếu nước, đất dốc, đất mặn hoặc chua phèn, đất bạc màu,... Việc đưa các loại đất có vấn đề này vào khai thác nông nghiệp sẽ cho hiệu quả kinh tế thấp hơn, đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn hơn và có nguy cơ gây hệ quả sinh thái môi trường sâu sắc hơn. Cùng với sự gia tăng dân số, gia tăng mức sống, nhu cầu về đất nông nghiệp sẽ không ngừng tăng. Trung bình mỗi năm, 95 triệu người mới sinh cần có thêm 5 triệu ha đất nông nghiệp mới. Với đất chưa sử dụng (đất dự trữ) thì đất không đòi hỏi các khoản chi phí lớn vào khai khẩn chỉ chiếm 5% diện tích đất tự nhiên; Đất cần những chi phí lớn trong sử dụng: 24% diện tích đất tự nhiên (hoang mạc, đầm lầy, sườn dốc đứng, đài nguyên rừng, đất hoang do con người); Đất không dùng được chiếm 15% diện tích đất tự nhiên (sông băng, núi cao gần đường tuyết, đài nguyên).
* Hiện trạng suy giảm chất lượng tài nguyên đất thế giới
Khoảng 2/3 diện tích đất nông nghiệp trên thế giới đã bị suy thoái nghiêm trọng trong 50 năm qua do xói mòn rửa trôi, sa mạc hoá, chua hoá, mặn hoá thứ sinh, ô nhiễm môi trường, khủng hoảng hệ sinh thái đất. Khoảng 40% đất nông nghiệp đã bị suy thoái mạnh hoặc rất mạnh, 10% bị sa mạc hoá do biến động khí hậu bất lợi và khai thác sử dụng không hợp lý. Sa mạc Sahara mỗi năm mở rộng lấn mất 100.000ha đất nông nghiệp và đồng cỏ. Thoái hoá môi trường đất có nguy cơ làm giảm 10 - 20% sản